Este caso de estudio evalúa la respuesta estructural de un campo solar CSP ante un terremoto, considerando diferentes escenarios críticos de operación. Mediante análisis numéricos se estudiaron los efectos de bloqueos mecánicos y asentamientos diferenciales sobre los colectores solares, sus soportes y los sistemas de tuberías.
VirtualMech realizó un análisis sísmico de una planta termosolar de colectores cilindro-parabólicos, evaluando las consecuencias de un evento sísmico cuando determinados componentes presentan condiciones de funcionamiento distintas de las previstas en el diseño.
Análisis sísmico de un campo solar CSP
Los campos solares de plantas termosolares CSP están formados por colectores, estructuras metálicas, soportes y circuitos de tuberías sometidos a cargas térmicas, mecánicas y ambientales.
Durante un terremoto, las aceleraciones sísmicas pueden generar tensiones y desplazamientos adicionales, especialmente cuando existen restricciones al movimiento, bloqueos en elementos de conexión o asentamientos diferenciales de la cimentación.
El objetivo del estudio fue evaluar cómo estas condiciones excepcionales afectan a la integridad estructural de los componentes del campo solar.
Solución propuesta
VirtualMech desarrolló un análisis estructural mediante modelos numéricos para estudiar tres escenarios críticos:
Bloqueo de soportes deslizantes: evaluación de las tensiones producidas por la restricción de los desplazamientos térmicos en las tuberías.
Bloqueo de juntas giratorias (swivel joints): análisis de la influencia de las restricciones de giro sobre la respuesta sísmica.
Asentamientos diferenciales: evaluación de los efectos de desplazamientos no uniformes de la cimentación sobre los colectores, sus estructuras y las tuberías del fluido caloportador (HTF).
Los modelos permitieron identificar los componentes más solicitados y evaluar su comportamiento frente a diferentes combinaciones de carga.
Metodología
La metodología combinó análisis estructural, comprobaciones de tensiones y modelos elastoplásticos para evaluar los distintos escenarios críticos.
El procedimiento puede resumirse en:
Escenarios de fallo → condiciones de contorno → cargas térmicas y sísmicas → análisis estructural → tensiones y deformaciones → verificación normativa.
Se realizaron comprobaciones de resistencia de materiales, comportamiento de estructuras metálicas y tensiones en tuberías, considerando las particularidades de cada escenario.
Normativa
El análisis sísmico y las comprobaciones estructurales se desarrollaron utilizando diferentes códigos y estándares internacionales:
ASCE 7-22: determinación de las acciones sísmicas consideradas en el estudio.
ASME B31.1 Power Piping: comprobación de tensiones en los sistemas de tuberías bajo cargas sostenidas y ocasionales.
EN 1993-1-5 (Eurocódigo 3): criterios de evaluación estructural empleados en las verificaciones elastoplásticas.
ASCE 7 – Minimum Design Loads and Associated Criteria
Resultados del análisis sísmico
Los resultados permitieron diferenciar el efecto de cada escenario sobre la integridad estructural del campo solar.
El bloqueo de soportes deslizantes produjo tensiones de compresión superiores al límite elástico del material bajo cargas térmicas, identificándose un riesgo de pandeo local de las tuberías.
El bloqueo de las juntas giratorias presentó una influencia reducida sobre las tensiones estructurales en las condiciones sísmicas analizadas.
Por su parte, los asentamientos diferenciales resultaron especialmente relevantes para determinadas estructuras, soportes y tuberías HTF. Los modelos permitieron identificar situaciones que requerían verificaciones elastoplásticas adicionales y evaluar la sensibilidad del sistema a diferentes distribuciones de asentamiento.
El estudio puso de manifiesto la importancia de considerar las condiciones reales de funcionamiento de los componentes y no únicamente las hipótesis nominales de diseño.
Ingeniería estructural y sísmica para plantas CSP
Este tipo de análisis permite evaluar la integridad estructural de campos solares CSP ante acciones sísmicas y condiciones excepcionales de operación, identificando posibles mecanismos de fallo y componentes especialmente sensibles.
VirtualMech desarrolla trabajos de ingeniería para plantas termosolares, análisis sísmico, simulación estructural FEM, cálculo de tuberías, evaluación de soportes y verificación normativa de componentes industriales.
Si necesita evaluar el comportamiento de un campo solar CSP frente a cargas sísmicas o analizar escenarios críticos que puedan comprometer la integridad de sus instalaciones, contacte con nuestro equipo de ingeniería.
